Катрич В А, Майборода Д В, Погарський С Д, Пшенична С В, Саприкін І І, Шаулов Е Л Харківський національний університет імені В Н Каразіна Пл Свободи, 4, м Харків, 61077, Україна Тел: +38 (057) 7075278, e-mail: SergeyAPogarsky@univerkharkovua

Анотація – Розглянуто властивості багатоелементної модифікованої гібридної металодіелектричних випромінюючої структури з екраном і синфазними щілинними випромінювачами в металевому підставі Досліджено вплив екрану з боку діелектричного стержня на формування діаграми спрямованості в 8-мм діапазоні довжин хвиль

I                                       Введення

Різноманіття видів і форм щілинних елементів, розташування їх у різних типах ліній передач і можливість використання особливостей режимів їхнього порушення є основою для вирішення завдань щодо створення ефективних випромінювальних пристроїв і систем з оптимальними і новими характеристиками [1,2] Особливий інтерес представляють випромінюючі системи, виконані на основі металодіелектричних структур, що відрізняються достатньою технологічністю, низькою вартістю і високим ступенем ефективності

У даній роботі розглянуті властивості багатоелементної щілинної випромінюючої структури, виконаної на основі модифікованого гібридного металодіелектричних хвилеводу

II Випромінюючі властивості щілинної структури

Випромінююча структура являє собою модифікований ізольований дзеркальний діелектричний хвилевід, що складається з металізованого підстави 2, діелектричної підкладки 3 з си-лу (^ 2 = 9,6) товщиною 0,5 мм, діелектричного

стрижня 4 (перетином 2х2мм) з полістиролу (^ 2 = 2,56) і металевого екрана 5, встановленого на відстані ^ від діелектричної підкладки

Рис 1 Геометрія випромінюючої структури

Fig 1 Radiating structure model

У металлизированном підставі підкладки під діелектричним стрижнем розміщена періодична послідовність випромінювачів, що складається з 19-ти щілин (шириною 1мм і довжиною S, 4mm), розташованих на відстані S, 4mm один від одного і нормально щодо діелектричного стрижня Довжина випромінюючої частини структури L = \ SOmm Збудження щілин – синфазное

Оптимальне збудження випромінюючої структури здійснюється за допомогою переходів, утворених відрізками стандартних прямокутних хвилеводів 1 і відрізків діелектричного стержня з скосами (довжиною 1мм) по висоті стрижня, що входять в область прямокутних хвилеводів [1]

Проведеними раніше дослідженнями [3] встановлено, що в стандартному виконанні випромінюючого модуля на основі дзеркального діелектричного хвилеводу основна частина потужності випромінюється з боку діелектричної підкладки зі стрижнем, а частка потужності, яку випромінює з боку металізованого підстави оцінюється величинами в

10 . 15% Від потужності падаючої хвилі Модифікація металодіелектричних структури шляхом зміни співвідношення діелектричної проникності підкладки і стрижня і збільшенням товщини підкладки веде до істотної зміни спектрального складу порушуваних у структурі хвиль Використання діелектричної підкладки з відносно великим значенням ε і малої величиною діелектричної проникності стрижня веде до порушення одночасно з типовими хвилями ІЗДВ також поверхневих і обємних хвиль і призводить до превалирующему випромінюванню з боку діелектричного стрижня

Введення екрану з боку діелектричної підкладки зі стрижнем призводить до істотної зміни спектрального складу поширюються хвиль Основний хвилею, що розповсюджується в структурі, виявляється хвиля LM-типу Наслідком цього є ефективна взаємодія електромагнітної хвилі і щілинних неоднорідностей, що призводить істотного збільшення випромінюваної потужності з боку металізованого підстави

Для дослідження характеристик випромінювання в експериментальному модулі була передбачена можливість переміщення екрана щодо діелектричної підкладки, тобто варіації величини ^ (рис 1)

Як показали експериментальні дослідження, введення екрану дозволяє оптимізувати характеристики випромінювання не тільки за рівнем излученной потужності, але і за шириною головного пелюстка діаграми спрямованості (ДН) Разом з тим, варіація параметра ^ веде до зміщення центральної частоти випромінювання

На рис 2 наведено сімейство ДН досліджуваної структури при різних значеніяхпараметра ^

Всі ДН нормовані на значенняоптималь

ного випадку Крива 1 відповідає ДН структури у відсутності екрана

Аналіз наведених показників свідчить про те, що параметр ^ робить істотний вплив на рівень излученной потужності: існує оптимальне значення (крива 3 рис 2) При цьому рівень бічних пелюсток не перевищує 7% при ширині головної пелюстки менше 9 °

Характерною особливістю є виникнення додаткових частот випромінювання (з рівнями випромінювання істотно меншими, ніж на основній частоті) і відхилення головної пелюстки ДН від нормалі до структури при малих значеннях параметра ^

THE RADIATING CHARACTERISTICS OF MULTI-ELEMENT HYBRID METAL-DIELECTRIC STRUCTURE

Puc 2 Діаграма спрямованості модуля: 1 – без екрану, F = 26 ГГц 2 – s = 14 мм, F-27 ГГц

3 – 8 = 10 мм, F = 26 ГГц, 4 – s = 10 мм, F = 28 ГГц

Fig 2 Radiation pattem characteristic: 1- without screen, F=26 GI4z 2-s=14 mm, F=27 GI4z 3-s=10 mm, F=26 GHz, 4 – s=20 mm, F=28 GHz

Ml Висновок

Отримані результати підтверджують можливість створення високоефективних випромінюючих систем на основі металодіелектричних структур з відносно високими значеннями відносної діелектричної проникністю підкладки Наявність екрану і його оптимізоване розташування веде до зростання рівня випромінювання, зміни центральної частоти випромінювання, що в свою чергу викликає зміну ДН і КСХН Це можна використовувати для механічної перебудови випромінюючого модуля Запропонований модуль зручний для використання як невиступаючі антен

IV                           Список літератури

[1] Погарський С А, Катрич В А, Саприкін І І, Шау-лов Е А, Чумаченко В А Випромінююча система на основі ізольованого дзеркального діелектричного хвилеводу – В кн: 9-а Міжн Кримська конф «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо-99) Матеріали конф [Севастополь, 1999] – Севастополь: Вебер, 1999, с213-214

[2] Катрич В А, Звягінцев А А, Погарський С А, Саприкін І І, Майборода Д В, Шаулов Е А Дзеркальний діелектричний хвилевід – базова електродинамічна структура для створення високоефективних випромінюючих систем В кн: 14-а Міжн Кримська конф «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо-04) Матеріали конф [Севастополь, 2004 р] – Севастополь: Вебер, 2004, С 394-395

[3] Mayboroda DV, Pogarsky S А, Saprykin II The guiding properties of strip dielectric waveguides and possibility of functional radiating elements designing – In Proc of the 5-th Int Conf on Antennas Theory and Techniques, 2005, Kyiv

–        P245-247

Katrlch V A, Mayboroda D V, Pogarsky S A, Pshenichnaya S V, Saprykin I I, Shaulov E A Kharl<ov National University 4, Svoboda sq, Kharkov, 61077, Ukraine Ph: +38(057) 7075278 e-mail: SergeyAPogarsky@univerkharkovua

Abstract – Considered in this paper are the properties of multielement modified hybrid metal-dielectric radiating structure with screen and cophasal slot radiators It has been investigated how the shield from the rod side influences pattern formation in 8-mm waveband

I                                        Introduction

The radiating systems based on metal-dielectric structures are of special interest because they are technologically, low cost and effectively

Different shapes of slot elements, their location in different kinds of transmission lines and the possibility to use their exciting modes are the basis for creation of efficient radiating systems with optimal and advanced characteristics [1, 2] Systems on the basis of metal-dielectric structures are the most prospective because of their manufacturability, low cost and high efficiency

Properties of multielement slot radiating structure on the basis of modified hybrid metal-dielectric waveguide are examined

II               Radiating Properties of Slot Structure

The cross-section of the structure under investigation is presented in Fig 1 The essential properties of this structure are: the ratio between dielectric constants of dielectric rod and substrate (ε^ > greater thickness of substrate comparing

with designs based on isolated image guides and the presence of auxiliary element – the shield from the side of dielectric rod It has been established earlier [3] that in radiating module based on isolated image guides the main part of energy leaks from the side of rod and efficiency of radiated power comes to

10.   15% It may be explained by exciting the specific wave spectrum: bound modes of isolated image guide, surface-waves and space-waves

Introducing a screen from the side of dielectric rod leads to changing of eigenwave spectrum and, finally, radiating power increases

Presented in Fig2 is the radiating pattern characteristic of multielement radiating system with variation of s parameter One can observe that optimization of ^ parameter allows increasing of the leak power, as well as optimizing of the side lobe It is possible to realize relatively small level of side lobes (less than 7 %) with main lobe width less than 9°

It is typical that auxiliary radiating frequencies appear with small 5 values (with radiating level less than at the reference frequency) It should be noted that the main lobe deflects from the structure normal

III                                      Conclusion

The investigations conducted prove that it is possible to design effective radiating systems based on hybrid structures with high substrate permittivity The presence of auxiliary shield and its optimized position leads to increasing of leaking power and to change of central frequency position

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р